(57)【要約】【課題】樹枝状高分子及びその用途の提供。【解決手段】本発明はPDn-Z-L構造を持つ樹枝状分子に関するもので、その中で、PをX-(CH2CH2-O)r-、rを1より大きいか等しい整数、XをOH、NH2或いはORとし、且つRをC1からC10までのアルキル基、Dnを多アルキル基を包括するC3からC30までの分岐化合物の残基とし、nは樹枝状高分子の層数で1以上の整数とする。Lを重金属イオン、及びZを多官能基を有するC3からC20までの化合物の残基とし、この官能基は複数個のカルボキシル基、アミノ基、エステル類、或いはアセトアミノ類の官能基と、複数個のキレート官能基を包括する。そのうち、一部の官能基はDnと鎖結合し、キレート官能基は重金属イオンと鎖結合する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一種樹枝状高分子、以下の構造式を有する、
PDn -Z-L
その中で、PをX-(CH2CH2-O)r-、rを1より大きいか等しい整数、XをOH、NH2或いはORとし、且つRをC1からC10までのアルキル基とする、
Dnを多アルキル基を包括するC3からC30までの分岐化合物の残基とし、nは樹枝状高分子の層数で、1以上の整数とする、
Lを重金属イオン、及び、
Zを多官能基を有するC3からC20までの化合物残基とし、そのうち、その官能基は複数個のカルボキシル基、アミノ基、エステル類、或いはアセトアミノ類の官能基と、複数個のキレート官能基を包括する。且つ、それら一部のカルボキシル基、アミノ基、エステル類、或いはアセトアミノ類官能基が、そのDnと鎖結合し、そのキレート官能基はその重金属イオンと鎖結合することを特徴とする、樹枝状高分子。
【請求項２】
請求項１記載の樹枝状高分子において、Pをポリエチレングリコールとすることを特徴とする、樹枝状高分子。
【請求項３】
請求項１記載の樹枝状高分子において、Dnを2,2-ビス(ヒドロキシルメチル)プロピオン酸残基、或いはその誘導体の残基とすることを特徴とする、樹枝状高分子。
【請求項４】
請求項３記載の樹枝状高分子において、DnをD1とし、且つD1は以下の化学構造式１を有することを特徴とする、樹枝状高分子。
【化１】
2006188683.tif 000011
【請求項５】
請求項３記載の樹枝状高分子において、DnをD2とし、且つD2は以下の化学構造式２を有することを特徴とする、樹枝状高分子。
【化２】
2006188683.tif 000012
【請求項６】
請求項３記載の樹枝状高分子において、DnをD3とし、且つD3は以下の化学構造式３を有することを特徴とする、樹枝状高分子。
【化３】
2006188683.tif 000013
【請求項７】
請求項１記載の樹枝状高分子において、Lを現像剤の性質を有する重金属イオンとすることを特徴とする、樹枝状高分子。
【請求項８】
請求項７記載の樹枝状高分子において、Lをガドリニウムとすることを特徴とする、樹枝状高分子。
【請求項９】
請求項１記載の樹枝状高分子において、Zをエチレン2ニトリロ・4アセチック酸(EDTA, ethylenedinitrilo tetraacetic aicd)残基、或いはEDBA (ethylenediimino dibyric acid)残基とすることを特徴とする、樹枝状高分子。
【請求項１０】
請求項１記載の樹枝状高分子において、Zを以下の化学構造式４とすることを特徴とする、樹枝状高分子。
【化４】
2006188683.tif 000014
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種樹枝状高分子に関するもので、特にキレート重金属イオンに適用する樹枝状高分子を指す。
【背景技術】
【０００２】
MRI (Nuclear Magnetic Resonance Imaging、磁気共鳴画像)は現代医学で最も重要な診療技術の一つで、多角度スキャン(X線或いはコンピュータ断層スキャンと比較して)という長所を持つ。運用範囲は中枢神経系統、骨骼神経系統、腹部、胸腔、血管撮影、胆道撮影診断を包括し、腫瘍組織の発見と診断上の用途に最も重要、且つ特別の価値を持つ。
【０００３】
MRIの原理は、人体組織の水素原子を微細な電波信号発射器とし、同様の磁場環境の変化のもと、水分子と他の分子中の水素原子との電波信号の表現の違いを、造影スキャン計器がトレースし、2Dフーリエ変換(Fourier Transfer)により、人体内部の立体影像とする。つまり、それぞれの電波信号間の強度差が大きいほど、その転換影像のコントラスト(contrast)がよりはっきりする。超磁性元素(例えばガドリニウムGd)を使用し、コントラストを強化することができるため、超磁性元素の濃度が影像の濃度を決定する要素となる。
【０００４】
この外、フリーイオン状態のガドリニウム元素は有毒物質なので、人体内で使用する場合、必ずキレート剤(chelator)を配合使用し、ガドリニウム元素が体内を循環する過程中、化学反応が発生する機会を減少させねばならない。Diethylenetriamine pentaacetic acid (DTPA)は現在、最も一般的で、MRI用キレート剤の一つとして、すでに商業的に量産運用されているものである。
【０００５】
そして、現在、すでに商業化されている無高分子キャリアGd-DTPA分子造影剤の応用上において、小分子量のキレート剤の血管内皮細胞に対する浸透力が強すぎるため、循環過程中、容易に流失し散布する。しかも、理想的な局部影像コントラストを得るために必要なガドリニウム元素濃度は相当高く、高濃度ガドリニウム元素の使用が起こす毒性のリスクを考慮しないとしても、同一局部に分子造影剤を大量に累積させることがまた、非常に困難である。そのため、臨床応用上、非常に大きな欠陥がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以下のような構造式(I)を持つ、樹枝状高分子を提供する、
PDn-Z-L 
その中で、PをX-(CH2CH2-O)r-、rを1より大きいか等しい整数、XをOH、NH2或いはORとし、且つRをC1からC10までのアルキル基、Dnを多アルキル基を包括するC3からC30までの分岐化合物の残基とし、nは樹枝状高分子の層数で1以上の整数とする。Lを重金属イオン、及びZを多官能基を有するC3からC20までの化合物の残基とし、そのうち、その官能基は複数個のカルボキシル基、アミノ基、エステル類、或いはアセトアミノ類の官能基と、複数個のキレート官能基を包括する。且つそれら一部のカルボキシル基、アミノ基、エステル類或いはアセトアミノ類官能基は、そのDnと鎖結合し、そのキレート官能基はその重金属イオンと鎖結合する。
【０００７】
本発明の樹枝状高分子中、Pを任意の周知のポリエチレングリコール誘導体とし、比較的良いものをポリエチレングリコール(poly ethylene glycol)とする。本発明の樹枝状高分子中、Dnを任意の多アルキル基を包括するC3からC30までの分岐化合物の残基とする。比較的良いものを、2,2-ビス(ヒドロキシルメチル)プロピオン酸残基、或いはその誘導体の残基、DTPA残基、DTPA誘導体の残基、或いはその任意の二項の組合せとする。さらに良いものを、2,2-ビス(ヒドロキシルメチル)プロピオン酸残基、或いはその誘導体の残基とする。また、本発明の樹枝状高分子は、その層数(n)に制限がなく、比較的良いものはnを3以上とする。本発明の樹枝状高分子中、Lを任意の周知の生物に毒性を有する重金属イオンとし、比較的良いものをGdとする。本発明の樹枝状高分子中、Zを任意の多官能基を有するC3からC20までの化合物残基とし、比較的良いものをEDTA (ethylenedinitrilo tetraacetic acid)残基、或いはEDBA (ethylenediimino dibutyric acid)残基とし、さらに良いものを以下の化学構造式５を持つ化合物残基とする。
【化５】
2006188683.tif 000002
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、一種樹枝状高分子、以下の構造式を有する、
PDn -Z-L
その中で、PをX-(CH2CH2-O)r-、rを1より大きいか等しい整数、XをOH、NH2或いはORとし、且つRをC1からC10までのアルキル基とする、
Dnを多アルキル基を包括するC3からC30までの分岐化合物の残基とし、nは樹枝状高分子の層数で、1以上の整数とする、
Lを重金属イオン、及び、
Zを多官能基を有するC3からC20までの化合物残基とし、そのうち、その官能基は複数個のカルボキシル基、アミノ基、エステル類、或いはアセトアミノ類の官能基と、複数個のキレート官能基を包括する。且つ、それら一部のカルボキシル基、アミノ基、エステル類、或いはアセトアミノ類官能基が、そのDnと鎖結合し、そのキレート官能基はその重金属イオンと鎖結合することを特徴とする、樹枝状高分子としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の樹枝状高分子において、Pをポリエチレングリコールとすることを特徴とする、樹枝状高分子としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の樹枝状高分子において、Dnを2,2-ビス(ヒドロキシルメチル)プロピオン酸残基、或いはその誘導体の残基とすることを特徴とする、樹枝状高分子としている。
請求項４の発明は、請求項３記載の樹枝状高分子において、DnをD1とし、且つD1は以下の化学構造式６を有することを特徴とする、樹枝状高分子としている。
【化６】
2006188683.tif 000003
請求項５の発明は、請求項３記載の樹枝状高分子において、DnをD2とし、且つD2は以下の化学構造式７を有することを特徴とする、樹枝状高分子としている。
【化７】
2006188683.tif 000004
請求項６の発明は、請求項３記載の樹枝状高分子において、DnをD3とし、且つD3は以下の化学構造式８を有することを特徴とする、樹枝状高分子としている。
【化８】
2006188683.tif 000005
請求項７の発明は、請求項１記載の樹枝状高分子において、Lを現像剤の性質を有する重金属イオンとすることを特徴とする、樹枝状高分子としている。
請求項８の発明は、請求項７記載の樹枝状高分子において、Lをガドリニウムとすることを特徴とする、樹枝状高分子としている。
請求項９の発明は、請求項１記載の樹枝状高分子において、Zをエチレン2ニトリロ・4アセチック酸(EDTA, ethylenedinitrilo tetraacetic aicd)残基、或いはEDBA (ethylenediimino dibyric acid)残基とすることを特徴とする、樹枝状高分子としている。
請求項１０の発明は、請求項１記載の樹枝状高分子において、Zを以下の化学構造式９とすることを特徴とする、樹枝状高分子としている。
【化９】
2006188683.tif 000006
【発明の効果】
【０００９】
本発明の樹枝状高分子は、より鮮明度の高い造影コントラストを提供することができ、また局部位置に薬剤を大量に累積する必要もなく、臨床応用により適している。各分子が表面上にまだ保護されたヒドロキシ官能基を有し、更に高い世代数へ延長することができ、等比級数の拡大能力を有する。大分子キャリアであるため、血液循環過程中の流失を避けることができる。現像剤の生物への毒性をさらに低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本実施例中、直線型のポリエチレングリコールと2,2-ビス(ヒドロキシルメチル)プロピオン酸無水物(2,2- bis(hydroxymethyl)propionic anhydride)を出発反応物とする。並びにdiethylenetriaminepentacetic acid(DTPA)をキレート剤として、ガドリニウム(Gd)元素の固定に用いる。
【００１１】
実施例一：樹枝状高分子P-D1-(DTPA)の調合
a.Benzylideneで保護されたキレート式P-D1-(O2Bn)の第一世代を調合する。
PEG diol (MW 4000 Da、9.2g、2.3mmol、1 eq)をDMAP(0.1670 g、0.39 mmol)とフラスコで混合し、25ミリリットルのDCMで溶解すると共に窒素で満たす。また、別途4.27グラム(10 mmol)のBenzylidene-2,2-bis(oxymethyl) propionic anhydride (以下、脱水プロピオン酸ベンジルと称する)を別のフラスコで溶かし、さらにそれをゆっくり一滴ずつ反応瓶に入れ、室温下で撹拌しながら24時間反応させた後、10ミリリットルのメタノールを加える。6時間反応続け、未反応の脱水プロピオン酸ベンジルを除去し、さらに過量の(700mL)ジエチルエーテルを加えると共に充分に撹拌を続けると、白色沈殿物が析出し、産出率は約90%である。その生成物のDnをD1とし、且つD1は以下の化学構造式１０を有する。
【化１０】
2006188683.tif 000007
IR (cm-1): 2890, 1738, 1150.
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ1.06 (s, 6), 3.55 (t, 6), 3.61 (bs), 3.68 (t, 6), 4.32 (t, 4), 4.64 (d, 4), 5.43 (s, 2), 7.28 (m, 6), 7.42 (m, 4).
【００１２】
b.キレート式P-D1-OHの調合
上記ステップによる生成物(11.8 g)を40ミリリットルの1:2 CH2Cl2/MeOHに溶かした後、1.18グラムのPd/Cを加え、飽和水素の環境下で撹拌しながら24時間反応させる。終了後、DCM中のPd/Cをろ過し、同様に過量(600mL)のジエチルエーテルでスピーディーに白色沈殿物を洗い、冷凍乾燥を経ると得られる。産出率はまた約90%である。
IR (cm-1): 3480, 2890, 1725, 1148.
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ1.08 (s, 6), 3.67 (bs), 4.31 (t, 4).
【００１３】
c.P-D1-DTPAの合成 
まず、2.0グラム(0.4618 mmol)のP-D1-OHと1.0871グラム(2.2 mmol)のdiethylenetriaminepentaacetic acid mono-N-hydroxysuccinimide ester (DTPA-HSIE)を、50ミリリットルのフラスコ中に入れ、3時間真空吸引乾燥した後、10ミリリットルの無水DMSOと224ミクロンリットルのTriethylamineを注入し、室温下、飽和窒素中で撹拌しながら反応を48時間続ける。その後、acetonitrile/acetoneで白色沈殿物を析出させ、遠心分離を経て冷凍乾燥した白色固体生成物がP-D1-DTPAである。
IR(cm-1): 3446, 2888, 1714, 1638, 1109.
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ1.14 (s, 6), 3.1 (t, 16), 3.4 (t, 16), 3.57 (bs), 3.75 (s, 8), 3.8 (s, 32).
【００１４】
実施例二：樹枝状高分子P-D2-(ODTPA)の調合
a.キレート式P-D2-(O2Bn)の調合
第二世代P-D2-(O2Bn)生成物の調合は、原則的に第一世代と同じである。P-D1-(O2Bn) (95.6 g, 0.83 mmol, 1 equiv)をDMAP (0.326g, 2.6 mmol, 3.2 equiv)と混合し、25ミリリットルのDCM中に溶解させ、5.69グラムの脱水プロピオン酸ベンジル(13.3 mmol, 16 equiv)を加えた後、室温下で撹拌を続けながら24時間反応させ、さらに15ミリリットルのメタノールで未反応の脱水プロピオン酸ベンジルを除去し、最後にジエチルエーテルで白色沈殿物を析出させ、冷凍乾燥後、得られる産出率は約80%である。その生成物のDnをD2とし、且つD2は以下の化学構造式１１を有する。
【化１１】
2006188683.tif 000008
IR (cm-1): 2885, 1740, 1100.
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ1.03 (s, 12), 1.26 (s, 6), 3.63 (bs), 3.78 (t, 4), 4.03 (t, 4), 4.38 (s, 8), 4.56 (d, 8), 5.41 (s, 4), 7.19 (m, 12), 7.38 (m, 8).
【００１５】
b.キレート式P-D2-OHの調合
以上のステップによる生成物(5.5 g)を45ミリリットルの1:2のDCM/MeOH中に溶かし、ステップ3の保護除去手順を繰り返す。最終産出率は約88 %である。
IR (cm-1): 3401, 2887, 1727, 1108.
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ1.03 (s, 12), 1.19 (s,6), 3.43 (m, 8), 3.64 (bs), 4.08 (m, 8), 4.40 (d, 4).
【００１６】
c.P-D2-DTPAの合成
第二世代P-D2-DTPAの合成方法は第一世代と原則的に同じである。1.3965グラム(0.265 mmol)のP-D2-OHと1.2482グラム(2.54 mmol)のDTPA-HSIEを、50ミリリットルフラスコに入れ、真空吸引して4時間乾燥後、10ミリリットルの無水DMSOと350ミクロンリットルのTriethylamineを注入し、室温下、飽和窒素中で撹拌を続けながら48時間反応させる。さらにacetonitrile/acetoneで白色沈殿物を析出させ、遠心分離後、冷凍乾燥すると、P-D2-DTPAが得られる。
IR(cm-1): 3438, 2939, 2678, 1725, 1634, 1228.
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ1.04 (m), 1.18 (m), 3.07 (t, 16), 3.21 (t, 16), 3.58 (bs), 3.68 (m), 3.79 (d), 4.21 (bs).
【００１７】
実施例三：樹枝状高分子P-D3-(DTPA)の調合
a.キレート式P-D3-(O2Bn)の調合
第三世代P-D3-(O2Bn)の調合手順も第一、二世代と似ている。ステップ5の生成物(2.88 g, 0.40 mmol, 1 equiv)、脱水プロピオン酸ベンジル(5.48 g, 12.8 mmol, 32 equiv)、及びDMAP (0.3151 g, 2.57 mmol, 6.4 equiv)を35ミリリットルのDCM中に溶かして、室温で24時間反応させ、さらにステップ4の抽出手順を繰り返すと、最終産出率は約89 %である。その生成物のDnをD3とし、且つD3は以下の化学構造式１２を有する。
【化１２】
2006188683.tif 000009
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ0.89 (s, 24), 1.16 (s, 6), 1.17 (s, 12), 3.57 (t, 6), 3.67 (bs), 3.77 (t, 3), 4.15 (q, 6), 4.28 (t, 3), 4.33 (m, 16), 4.55 (d, 16), 5.37 (s, 8), 7.30 (m, 24), 7.35 (m, 16).
【００１８】
b.キレート式P-D2-OHの調合
ステップ6の生成物を4グラムとり、1:1 DCM : MeOHの溶剤中に溶かし、0.4グラムの反応促進剤Pd/Cを加えた後、飽和水素環境下で撹拌しながら24時間反応させ、ろ過後、冷凍乾燥すると白色粉末物1.8グラムが得られる。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ1.07 (s, 24), 1.27 (s, 6), 1.34 (s, 12), 3.47 (t), 3.64 (bs), 3.76 (m), 4.26 (m), 4.32 (dd, 10).
【００１９】
c.P-D3-DTPAの合成
第三世代P-D3-DTPAの合成方法も前記と原則的に同じである。1.097グラム(0.1938 mmol)のP-D3-OHと1.814グラム(3.6 mmol)のDTPA-HSIEを50ミリリットルフラスコに入れ、真空吸引して4時間乾燥後、10ミリリットルの無水DMSOと515ミクロンリットルのTriethylamineを注入し、室温下、飽和窒素中、撹拌しながら64時間反応を続けた後、acetonitrile/acetoneで白色沈殿物を析出させ、遠心分離後、冷凍乾燥して得られた白色固体物が、即ちP-D3-DTPAである。
IR(cm-1): 3460, 2990, 2650, 1720, 1645, 1235.
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ1.03 (s), 1.25 (s), 1.29 (s), 2.7 (m), 3.16 (t), 3.46 (t), 3.79 (bs), 3.80 (m), 3.97 (bs), 4.21 (m).
【００２０】
第一、二、三世代のP-Dn-DTPA樹枝状高分子は、メチル基上の水素原子の核磁気共鳴スペクトル中における共鳴周波数が、世代数の延長につれて降下する。そのため、本実施例のP-Dn-DTPA樹枝状高分子が、それぞれ一、二、三世代の樹枝状高分子であると証明することができる。また、赤外線スペクトルでDTPAの構造を確認することができる。すなわち、DTPAの当初のC-Oチェーンの1200 cm-1におけるピークが消失し、代わりにcarbonylが1638と1598 cm-1の間に出現する信号となった。これから、本実施例の樹枝状高分子が、キレートすることが可能なGd元素を有するDTPAであると証明することができる。
【００２１】
実施例四：最終錯合物P-D3-DTPA- Gd3+を調合
P-D3-DTPA0.066グラム(0.005 mmol)を10ミリリットルの水に溶かした後、16倍当量のGdCl3.6H2O (0.031 g, 0. 08 mmol)を加え、0.1 N の水素酸化ナトリウム溶液を滴定し中性(pH 7)を保ち、反応結果をFTIRで確認し、冷凍乾燥を経て白色固体物が得られる。
IR (cm-1): 3426, 2919, 1615.
【００２２】
性質のテスト
反応が完了した第三世代P-D3-DTPA-Gd3+樹枝状高分子の、影像コントラストを強化する添加剤の効果の評価は、市販されているDTPA-Gd (Magnevist(登録商標))と磁化を緩和させる性質を比較する。核磁気共鳴装置中で、磁化後の緩和スピードを直接比較することができ、その比較結果を表1に整理する。R1とR2はそれぞれ縱方向の相対する緩和時間と水平方向の相対する緩和時間を表し、B0は核磁気共鳴装置の内部磁場強度である。且つR1とR2の値が大きいほど影像信号が強いことを表す。そのため、表1は本実施例の第三世代樹枝状高分子キレートGd元素が、市販されているDTPA-Gd (Magnevist(登録商標))と比較して、より大きな現像効果を有する事をはっきりと表わし、磁気共鳴画像上において、非常に明らかな進歩性を有している。
【００２３】
【表１】
2006188683.tif 000010
【００２４】
しかも、現在市販されている現像剤は、理想的な局部影像コントラストを得るのに必要なガドリニウム元素濃度が相当高く、同一局部位置に分子造影剤を大量に累積させることは非常に困難である。しかし、本発明の樹枝状高分子は、より鮮明度の高い造影コントラストを提供することができ、また局部位置に薬剤を大量に累積する必要もなく、臨床応用により適している。
【００２５】
この外、本発明の樹枝状高分子は、各分子が表面上にまだ保護されたヒドロキシ官能基を有し、更に高い世代数へ延長することができ、等比級数の拡大能力を有する。そのため、周知の造影剤と比較し、同じ薬剤量下の造影コントラスト効果がさらに良い。しかも、周知の小分子量のキレート剤は、血管内皮細胞に対する浸透能力が強過ぎ、循環過程中、容易に流失散布する。本発明の樹枝状高分子は、大分子キャリアであるため、血液循環過程中の流失を避けることができる。
【００２６】
さらに、本発明の樹枝状高分子は採用する「コア」を、ポリエチレングリコール、或いはその誘導体とする。ポリエチレングリコールは、米国食品医薬品局(FDA)が認証した生体親和性高分子で、生体医学の修飾高分子材料によく用いられ、一般に循環途中で体内から排除される。そのため、本発明の樹枝状高分子は現像剤の生物への毒性をさらに低下させることができる。つまり、本発明の樹枝状高分子は、生物への毒性を低下させることからも、より進歩的だと言える。